Paderborn

Die Herausforderungen werden im Rahmen des Modellprojekts Smart City durch mehrere Projekte adressiert, die sich unterschiedlichen Schwerpunkten widmen.

Im ersten Projekt entwickeln wir eine urbane Datenplattform. Dazu haben wir uns als Stadt Paderborn mit sieben weiteren Kommunen und deren Energieversorgern zu einer interkommunalen Entwicklungsgemeinschaft (CIVITAS/CORE-Community) zusammengeschlossen. Gemeinsames Ziel ist die umfangreiche Entwicklung sowie die Pflege und Wartung einer Kernsoftware für urbane Datenplattformen (CIVITAS/CORE). Sie wird unter Open-Source-Lizenz veröffentlicht, wodurch eine uneingeschränkte, kostenfreie Nachnutzung in weiteren Kommunen und eine flexible Anpassung an individuelle Bedürfnisse ermöglicht wird. Die Software dient als interoperable Dateninfrastruktur zur effizienten und effektiven Umsetzung der kommunalen Daseinsvorsorge. Sie ermöglicht die Erfassung, Verarbeitung, anforderungsgerechte und datenschutzkonforme Bereitstellung, das Management sowie die Analyse unterschiedlichster Daten im kommunalen Kontext für verschiedenste Anwendungsfälle im öffentlichen Sektor.

In einem weiteren Projekt bauen wir einen Digitalen Fachzwilling für die Stadtplanung auf Basis eines City Information Models (CIM) auf und erproben ihn anhand von Anwendungsfällen. Im Fokus stehen Anwenderfreundlichkeit für die Nutzer und Nutzerinnen und die Vereinfachung von Prozessen zwischen verschiedenen Ämtern. Letztere wird insbesondere dadurch erreicht, dass Beschäftigte aus unterschiedlichen Bereichen und auch externe Planungsbüros oder Architekten kollaborativ an Planungsprojekten arbeiten können. Die Zeiten, in denen Entwürfe sehr zeitaufwändig als E-Mail-Anhang von einer Stelle zur nächsten verschickt wurden, sind damit endgültig vorbei.

Bei der Neuplanung von städtebaulichen Projekten muss eine Vielzahl an Aspekten mitgedacht werden. In erster Linie werden Varianten von Planungsszenarien und ihre Auswirkungen auf den Raum und die Umgebung erarbeitet. Diese Szenarien werden zurzeit in mehreren sequenziellen Arbeitsschritten erarbeitet. Der Digitale Zwilling ermöglicht es nicht nur diese parallel anzugehen, sondern auch schnell und genau erste Planungsvarianten von Gebäuden im 2D und 3D Modus zu erproben und erste Erkenntnisse zu den räumlichen Beziehungen und Auswirkungen auf den Raum zu erhalten. In diesem Kontext errechnet der Zwilling auch relevante Kennzahlen zur Stadtraumentwicklung, wie z.B. zusätzlich benötigte Parkplätze. 

Die Stadt Paderborn bewegt sich mit dem Klima Aktionsplan (KAP) in Richtung Klimaneutralität und hin zu einer strategischen Anpassung an die Folgen des Klimawandels. So hat der Stadtrat bereits im Jahr 2019 die CO2-Neutralität des Stadtkonzerns bis 2035 beschlossen. Die gesamtstädtische Klimaneutralität bis 2040 wurde im Jahr 2021 beschlossen. 

Um die gesteckten Klimaziele zu erreichen, werden im MPSC verschiedene Anwendungsfälle realisiert:

Vor dem Hintergrund des Klimawandels müssen die Einflüsse steigender Temperaturen im Rahmen der städtebaulichen Planung reduziert werden, um die mit Hitze verbundenen gesundheitlichen Risiken für die Bevölkerung zu reduzieren. Dabei spielt die Vegetation durch Verdunstung und Schatten eine wichtige Rolle. Sie kann so gezielt als Maßnahme zur Hitzereduktion angebracht werden. Dabei ist entscheidend, dass die Vegetation vital und ausreichend mit Wasser versorgt ist. Um dies sicherzustellen, existieren momentan noch keine kostengünstigen Lösungen.
Der digitale Zwilling liefert ein Monitoring der Vegetation im Hinblick auf Vitalität und Wasserversorgung. Ferner kann damit der Einfluss von gezielten Pflanzungen zur Reduktion von Hitzeinseln überprüft und evaluiert werden.

Neben der Vegetation ist auch das nächtliche Einströmen von Kaltluft wichtig. Kaltluft entsteht potenziell auf Flächen mit einer negativen Strahlungsbilanz. Dies sind vor allem wenig bis nicht bewachsene unversiegelte Flächen wie Äcker und Wiesen. Hier entsteht aufgrund der negativen Strahlungsbilanz in der Nacht kalte Luft, die sich aufgrund ihrer höheren Dichte am Boden sammelt und hangabwärts fließt. Aus diesen Abflussrichtungen, die sich anhand eines Geländemodells ableiten lassen, ergeben sich Einströmschneisen in die Stadt. Diese können einen Beitrag zur Minderung von Hitzeinseln leisten. Zur Identifikation von potenziellen Kaltluftentstehungsgebieten und von Abflussrichtungen und damit Einströmungsbereichen von Kaltluft vom Umland in die Stadt hinein werden verschiedene frei zugängliche Daten zur Oberflächenbeschaffenheit zusammengeführt und die Berechnung der Hangneigung und Hangrichtung mit Hilfe eines digitalen Geländemodells realisiert.

Ein weiterer Anwendungsfall ermöglicht es, Entwürfe von Neubauflächen einfacher auf deren klimatischen Einfluss im Quartier (aber auch gesamtstädtisch) hin zu analysieren, um Masterpläne und Bebauungspläne im Sinne einer lebenswerten, gesunden, klimaresilienten Stadt zu gestalten. Zudem ist der Aspekt des Monitorings von Maßnahmen im Bestand zur Anpassung an den Klimawandel entscheidend, um Stadtentwicklung zukünftig resilienter zu gestalten und negative Folgen von Hitze auf die Bevölkerung zu vermeiden. Der digitale Zwilling liefert Szenarien zu unterschiedlichen Entwürfen und ihren Auswirkungen auf städtische Wärmeinseln , um Planer und Planerinnen in ihren Entscheidungen zu unterstützen.

Die Web-App „EnergieKompass“ von Westfalen Weser bietet eine umfassende und transparente Darstellung der lokalen Energieerzeugung und des Energieverbrauchs in einer Kommune. Sie zeigt in Echtzeit, wie viel Strom durch erneuerbare Quellen wie beispielsweise Windkraft, Photovoltaik, Wasserkraft und Biomasse erzeugt wird und wie dieser mit dem aktuellen Stromverbrauch vor Ort zusammenhängt. Dabei wird deutlich, wie hoch der Anteil des lokal erzeugten Stroms am Gesamtbedarf ist und wie viel Strom zusätzlich aus dem überregionalen Netz bezogen werden muss.

Ein zentrales Element ist die Visualisierung des Stromverbrauchs in verschiedenen Sektoren – von Industrie und Gewerbe über kommunale Einrichtungen bis hin zu privaten Haushalten. Ergänzt wird dies durch eine anschauliche Darstellung der CO₂-Einsparungen, die durch die Nutzung erneuerbarer Energien erzielt werden. Diese Einsparungen werden in alltagsnahen Vergleichen greifbar gemacht, etwa durch die Anzahl vermiedener Flugreisen oder gepflanzter Bäume.

Darüber hinaus bietet der EnergieKompass einen Überblick über die Zusammensetzung des lokalen Strommixes im Vergleich zum bundesweiten Durchschnitt und zeigt die Entwicklung der Energieerzeugung über verschiedene Zeiträume hinweg. Ziel der Anwendung ist es, Bürgerinnen und Bürger sowie Unternehmen und Kommunen für die Energiewende zu sensibilisieren und ihnen aufzuzeigen, welchen Beitrag sie bereits leisten und welches Potenzial noch besteht.

In einem weiteren städtischen Projekt treiben wir die Digitalisierung der Verkehrszählung voran. Mit Hilfe fortschrittlicher Sensorik sollen an mehreren zentralen Verkehrsknotenpunkten Daten zu Fahrzeugarten (bspw. LKW, Auto oder Fahrrad) und deren Anzahl erhoben werden. Aus historischen und aktuellen Zahlen sollen Schlüsse für die zukünftige Verkehrsplanung gezogen werden. Dabei werden keine Kennzeichen, Gesichter oder andere personenbezogenen Daten erfasst. Die Verkehrslage an den verschiedenen Zählstellen kann perspektivisch in den Digitalen Fachzwilling für die Stadtplanung integriert werden.